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摘要
【目的】农田条件下研究用有机肥替代部分尿素、用秸秆生物炭替代秸秆对黑土有机质提升和温室气体排放的影响,为秸秆有效还田和"固碳减排"提供理论依据。【方法】2013—2015年在东北典型春玉米区进行田间定位试验,所有处理采用相同方法施用同量磷钾化肥,磷肥为磷酸氢二铵(P5O2 60 kg/hm2),钾肥为硫酸钾(K2O 75 kg/hm2),在施用4 t/hm2玉米秸秆前提下,设置:1)不施尿素氮(N0);2)尿素氮100%(N 165 kg/hm2,N1);3)尿素氮60%+有机肥氮20%+缓释氮20%(N2)。另外,处理4)除了用2 t/hm2玉米秸秆炭替代4 t/hm2玉米秸秆外,其他与N2一致(N3)。各生育期测定生态系统温室气体(CO2、N2O和CH4)排放量,收获期测定作物产量和地上部生物量。【结果】N1、N2、N3处理间玉米产量差异不显著。在等氮条件下,N1、N2、N3处理生态系统CO2排放分别为13170、10521、9994 kg/hm2,N2和N3处理降低CO2排放的效果显著好于N1,N2和N3处理差异不显著(P<0.05),N1、N2、N3处理N2O累积排放分别为6.092、6.597、3.604 kg/hm2,N3降低N2O累积排放的效果显著好于N1和N2处理;N1、N2、N3处理CH4累积排放分别为0.694、1.652、–2.107 kg/hm2,N3处理降低CH4累积排放的效果显著好于N1和N2处理。农田系统净碳收支(NECB,除土壤固碳外,作物-土壤系统产生的碳收支,如作物光合、呼吸和产量移出等),N2处理为C 766.5 kg/hm2,是碳汇,而N1和N3处理是碳源(C-621.3 kg/hm2和-673.3 kg/hm2)。当季作物尺度上用NECB估算的土壤固碳效应N1、N2和N3处理分别为C-142.9、176.3、1385.1 kg/hm2,N3处理土壤固碳效应显著好于N2和N1处理。在化肥生产和运输以及农事操作等投入产生的间接碳排放量方面,化肥氮是农业投入的主要碳源,分别占N1、N2和N3处理农业投入的73%、71%和66%。综合考虑农事操作带来的碳排放,化学品投入带来的碳排放,以及农田系统温室气体排放和土壤固碳的收支,综合净温室效应N1、N2、N3处理分别为2535.2、1488.2、–3769.7 CO2 eq.kg/hm2,只有N3处理是碳汇。【结论】在供试黑土条件下,用有机肥替代部分化肥增加生态系统净碳收入;用秸秆生物炭替代秸秆显著增加土壤固碳效应、减少N2O排放;从综合净温室效应看,有机肥与秸秆生物炭分别替代部分化肥与秸秆"固碳减排"效果最佳。
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